實驗傳熱實驗

實驗傳熱實驗第一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期二間壁式換熱器又叫表面式換熱器，在這種換熱器中，冷熱兩種流體被壁面隔開，在換熱過程中，兩種流體互不接觸，熱量由熱流體通過壁面?zhèn)鹘o冷流體。間壁式換熱器第二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期二過程分析在間壁式的換熱器中，總傳熱速率方程為：

傳熱系數(shù)K與諸多因數(shù)有關(guān)（如冷、熱流體的流動狀況，流動介質(zhì)，管子材質(zhì)等),究竟哪些因數(shù)對K的影響起控制作用，從整體上難以分析和研究。因此，整個傳熱過程可分解為三個子傳熱過程。第三頁，共十九頁，編輯于2023年，星期二熱流體對固體面的對流傳熱，傳熱速率為：b.

固體壁面的熱傳導，傳熱速率為：

C.固體壁面對冷流體的對流傳熱，傳熱速率為

Qh=αhAh△tmhQc=αcAc△tmc第四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期二過程的分解第五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期二第六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期二式中△tmh——熱流體與固體壁面的對數(shù)平均溫差△tmc——固體壁面與冷流體之間的對數(shù)平均溫差△tm——熱流體與冷流體之間的對數(shù)平均溫差若已知αC、αh及λ、δ就可計算相應的K

若忽略固體壁面熱傳導的阻力，則對流傳熱系數(shù)αc、αh目前還不能通過解析法得到其理論計算式，用無因次分析法通過實驗測定其α。已知，影響α的因素有α=f(l,ρ,μ,cp,λ,u,β,g,△T)

由無因次化對于強制對流第七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期二通過實驗可值，對于加熱b=0.4兩邊取對數(shù)得：logNu=logA′+alogRe該實驗采用的實驗方法論為：過程的合成與分解法描述對流給熱的大小描述流體流動狀態(tài)描述流體的物性第八頁，共十九頁，編輯于2023年，星期二過程分解與合成方法

過程分解與合成方法是研究處理復雜問題的一種有效方法，這一方法是將一個復雜的過程（或系統(tǒng)）分解為聯(lián)系較少或相對獨立的若干個子過程或子系統(tǒng)，分別研究各子過程本身特有的規(guī)律，再將各過程聯(lián)系起來以考察各子過程之間的相互影響以及整體過程的規(guī)律。第九頁，共十九頁，編輯于2023年，星期二

這一方法顯見的優(yōu)點是從簡到繁，先考察局部，再研究整體。同樣用黑箱法作實驗研究，在過程分解之后就可大幅度減少實驗次數(shù)。例如，一個包含8個變量，各變量之間相互關(guān)聯(lián)的過程，若每個變量改變4個水平進行實驗，總實驗次數(shù)為

48=65536（次）假如通過對過程的新發(fā)現(xiàn)可將整個過程分解為兩個相對獨立的子過程，每個過程分別包括3個和5個變量，如果每個變量仍改變4個水平作實驗，則總的實驗次數(shù)為

43+45=1088（次）第十頁，共十九頁，編輯于2023年，星期二

可見，在將過程分解之后，可使實驗次數(shù)大幅度減少，總的實驗工作量僅為原來的1.66%。如果在子過程的實驗研究中，再輔以因次分析方法的指導組織實驗，可使實驗工作量進一步降低。應當注意的是在應用過程分解的方法研究工程問題時，對每個子過程所得的結(jié)論只適用于局部。譬如通過實驗研究得到了某一子過程的最優(yōu)設計或操作參數(shù)，但子過程的最優(yōu)并不等于整個過程的最優(yōu)，通常整個過程在相當程度上受制于關(guān)鍵子過程的影響。在化學工程中，一般將這些關(guān)鍵子過程稱為控制過程或控制步驟。

第十一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期二二.實驗環(huán)節(jié)

1.實驗體系：熱流體為蒸氣冷流體為空氣

2.實驗設備：套管式換熱器

3.實驗內(nèi)容

a.

改變冷流體流量，測定冷、熱流體的對流傳熱系數(shù)αC、αh及K

b.

確定實驗系統(tǒng)的Nu與Re之間的關(guān)系第十二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期二4.實驗原理總傳熱速率方程為：Q=KA△tm

冷流體的對流傳熱方程為：Qc=αcAc△tmc

熱流體的對流傳熱方程為：Qh=αhAh△tmh

由熱量衡算得Qc′=WCpc(t2-t1)Qh′=GCph(T1-T2)第十三頁，共十九頁，編輯于2023年，星期二

△tmh——熱流體與固體壁面的對數(shù)平均溫差△tmc——固體壁面與冷流體之間的對數(shù)平均溫差△tm——熱流體與冷流體之間的對數(shù)平均溫差當熱損失忽略不計時Q=Qc=Qh=Qc′=Qh′由此可知，只要測定T1、T2、tw1、tw2、W(G)、d、l即可計算出αc、αh、K第十四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期二實驗流程圖注意流體走向：液體下進上出；蒸汽

上進下出；氣體

無特殊要求。第十五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期二6.操作步驟

(1)正確切換閥門；開啟不凝性氣體排放閥)

;

(2)先開風機開關(guān),后開加熱開關(guān)；

(3)當下壁溫大于80℃時,及時關(guān)閉不凝性氣體排放閥;

(4)改變氣體流量后,須穩(wěn)定3-5分鐘再讀取數(shù)據(jù);

(5)實驗結(jié)束時,關(guān)閉加熱開關(guān);

(6)數(shù)據(jù)處理并打印數(shù)據(jù).實驗布點：空氣流量為20、18、12、10m3/h第十六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期二數(shù)據(jù)處理根據(jù)測定和計算結(jié)果，在雙對數(shù)坐標紙求出Nu和Re之間的關(guān)系，并寫出其關(guān)聯(lián)式；分析冷流體流量的變化對αc、αh和K的影響；通過αc和αh的比較，指出過程控制步驟之所在，提出強化傳熱的措施；計算K，并與實驗直接測得的K比較，兩者有何差異，試分析原因所在；對實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果作誤差分析，找出原因。第十七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期二第十八頁，共十九頁，編輯于2023年，星期二系數(shù)A，B的圖解求取:

由取對數(shù)成線性關(guān)系選用雙對數(shù)紙標繪曲線，在圖上